초소형 양자 센서는 물질이 압력 하에서 변형되는 것을 봅니다.

다이아몬드 모루 세포는 과학자들이 지구의 맨틀 깊숙한 곳에서 압력을 가하는 것과 같은 극한 현상을 재현하거나 강한 압력에 의해서만 촉발될 수 있는 화학 반응을 실험실 장치의 범위 내에서 모두 가능하게 했습니다. 새로운 고성능 재료를 개발하기 위해 과학자들은 자기 및 강도와 같은 유용한 특성이 그러한 가혹한 조건에서 어떻게 변하는지 이해해야 합니다. 그러나 종종 충분한 감도로 이러한 특성을 측정하려면 다이아몬드 모루 셀 내부의 분쇄력을 견딜 수 있는 센서가 필요합니다. 다이아몬드 모루 내부의 자연적인 원자 결함을 작은 양자 센서로 변환함으로써 과학자들은 기존 센서에 접근할 수 없는 광범위한 실험의 문을 여는 도구를 개발했습니다.

원자 수준에서 다이아몬드는 탄소 원자가 사면체 결정 구조로 결합되어 있기 때문에 견고합니다. 그러나 다이아몬드가 형성될 때 일부 탄소 원자는 할당된 주차 공간과 같은 결정 구조의 공간인 "격자 위치"에서 튀어나올 수 있습니다. 결정에 갇힌 질소 원자 불순물이 빈 자리에 인접하게 앉으면 특별한 원자 결함이 형성됩니다. 바로 질소 결손(NV) 중심입니다. 과학자들은 NV 센터를 단일 단백질의 자기, 단일 전자의 전기장 및 살아있는 세포 내부의 온도를 측정하는 작은 센서로 사용했습니다.

NV 센터의 고유한 감지 특성을 활용하기 위해 연구원들은 고압 챔버 내의 물리학 스냅샷을 찍기 위해 다이아몬드 모루 내부에 직접 얇은 층을 설계했습니다. 10분의 1캐럿 다이아몬드 내부에 수백 개의 원자 두께의 NV 센터 센서 층을 생성한 후, 연구원들은 다이아몬드 앤빌 셀의 고압 챔버를 측정하는 NV 센서의 능력을 테스트했습니다.

센서는 레이저 빛으로 여기되면 밝은 빨간색 음영으로 빛납니다. 이 형광의 밝기를 조사함으로써 연구원들은 센서가 환경의 작은 변화에 어떻게 반응하는지 확인할 수 있었습니다. NV 센서는 다이아몬드 앤빌의 한때 평평했던 표면이 압력을 받으면 중심에서 구부러지기 시작했다고 제안했습니다. 이는 "커핑(cupping)"이라고 불리는 현상으로, 압력이 앤빌 팁의 중심으로 집중되는 현상입니다.

이제 NV 센터를 다이아몬드 앤빌 셀로 설계하는 방법을 시연했으므로 연구원들은 이 장치를 사용하여 고압에서 실온 근처에서 손실 없이 전기를 전도하는 물질인 초전도 수소화물의 자기 거동을 탐구할 계획입니다. 저장 및 전송됩니다.